CN111618533B - 一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法，包括S1：配料、S2：真空熔炼、S3：浇铸、S4：热锻、车外圆、S5：拉拔及中间退火、S6：机加工，本发明制备出的烙铁头通过该CuFe合金材料制备的烙铁头，具有使用寿命长，抗腐蚀性能强，生产成本低，并且可以通过调节铜、铁含量的比例，控制烙铁头的热传导效率，使用场合更为广泛。
Description
技术领域
本发明涉及色金属合金技术领域，具体是涉及一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法。
背景技术
随着现代电子工业的迅速发展，锡焊技术也得到了较快的发展，近年来，锡焊技术多采用工作温度较高的无铅锡焊焊料，并且钎焊工艺要求烙铁头能连续、长时间的工作。因此，对烙铁头材料的耐高温性、耐氧化性以及抗腐蚀性提出更高的要求。目前国内外生产长寿命烙铁头的方法是将铜棒经过加工制成铜基体，再依次经过镀铁层、镀镍层、镀铬层(工作表面)等工序，制备成烙铁头成品，虽然铁镀层具有良好的机械强度和抗锡侵蚀能力，镀镍层、镀铬层可以作为外加保护层，可以使得铁镀层更加致密，阻止表面锡的渗入，但是该制备方法生产周期较长，同时镀层的质量对烙铁头的品质有直接影响。烙铁头生产成本较高，质量不稳定，已经成为困扰烙铁头行业发展的难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法：包括以下步骤：
S1：配料：准备原料电解铜板和CuFe母合金，所述CuFe母合金中Cu与Fe的质量占比为1:1，配料时，控制Fe元素在原料中的质量百分比范围在40％到50％；
S2：真空熔炼：将所述S1中配好的原料放入真空感应炉中，对真空感应炉进行抽真空，当真空感应炉中的真空度抽到р≤4Pa时，开始加热升温，调节真空感应炉功率到20KW-30KW，持续加热5min-10min，再将真空感应炉功率升至40KW-50KW，持续加热5min-10min，然后再调节真空感应炉功率至60KW-70KW，保持真空感应炉功率不变至坩埚内原料上下达到均匀为止，再降低真空感应炉功率至0KW-20KW，打开真空感应炉上的充氩气阀，缓慢向炉内充入高纯氩气，待真空感应炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，再次调节真空感应炉功率至70KW±5KW，精炼1min-2min；
S3：浇铸：完成所述S2步骤后，降低真空感应炉功率至40KW±5KW，持续0.5分钟，开始浇铸，将熔炼得到的金属液倒入模具，浇铸速度是先慢、再加快，最后再减慢浇铸速度直至浇铸完成，然后关闭加热，冷却60分钟后，取出铸锭；
S4：热锻、车外圆：将S3得到的铸锭在电炉加热到910℃-950℃，保温2-3h，然后进行锻造，锻造成Φ30-40mm的棒材，将得到的棒材通过机床进行车外圆，去掉棒材表面氧化皮；
S5：拉拔及中间退火：将所述S4中去掉氧化皮的棒材盘成卷状，得到盘圆料，将得到的盘圆料放在盘拉机上进行拉拔，并在拉拔的过程中对盘原料进行退火处理，退火温度控制在500-550℃，直至拉拔到Φ7mm-9mm棒材，对棒材进行切割得到细棒材；
S6：机加工：将所述S5中得到的细棒材通过机床加工成烙铁头成品。
进一步地，所述S3中的浇铸速度具体为：维持浇铸速度1cm3/s至金属液充满模具1/4体积后，维持浇铸速度2cm3/s至金属液充满模具3/4体积后，再减低浇铸速度为1cm3/s直至金属液充满模具，开始浇铸速度慢有利于排出模具内气体，然后加速为了加快浇铸速度，最后缓慢浇铸同样为了模具内气体排出，避免铸锭里面残留气体。
进一步地，所述S2中氩气的充入速度为63.8-119.5m3/h，采用涡旋气雾法覆盖熔液表面，所述坩埚直径为83.8cm，涡旋气雾法覆盖速度快，减少浇铸过程中金属液氧化。
进一步地，所述S4中所述电炉控温精度±1℃，升温速度为20℃～30℃/分钟，控温精准有利于提高材料性能的稳定性。
进一步地，所述S1中采用的电解铜板尺寸为0.2m*0.1m*0.05m，CuFe母合金尺寸为0.1m*0.1m*0.02m，金属体积的太大不利于在配料中控制Fe的含量，金属体积过小容易氧化金属。
进一步地，所述S2中采用的真空感应炉中的坩埚为氧化铝坩埚，氧化铝坩埚不含碳，避免熔炼时混入碳元素，从而影响烙铁头的寿命。
进一步地，所述S3中浇铸所采用的模具为钢模，钢模含碳量少，铸锭里不易混入碳元素。
进一步地，所述S5中的拉拔方式为冷拉拔，拉拔次数限制在5-6次，将得到的细棒材通过裹膜机进行裹膜，拉拔太快容易断裂，拉拔过慢影响产能，通过裹膜机对棒材裹膜，减少细棒材表面氧化。
本发明的有益效果是：
(1)与现有技术相比，本发明制备出的烙铁头成本低，质量稳定，使用寿命长，内部金相组织均匀分布；
(2)通过该CuFe合金材料制备的烙铁头，含碳量低，因此抗腐蚀性强，不易氧化生锈。
(3)通过该CuFe合金材料制备的烙铁头可以从配料上控制铜、铁含量的比例，进而控制烙铁头的热传导效率，使用场合更为广泛。
附图说明
图1是本发明烙铁头的外观结构示意图。
图2是本发明CuFe母合金的显微组织。
图3是本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法：包括以下步骤：
S1：配料：准备原料CuFe母合金，所述CuFe母合金中Cu与Fe的质量占比为1:1，电解铜板尺寸为0.2m*0.1m*0.05m，CuFe母合金尺寸为0.1m*0.1m*0.02m，控制Fe元素在原料中的质量百分比在50％，金属体积的太大不利于在配料中控制Fe的含量，金属体积过小容易氧化金属；
S2：真空熔炼：将所述S1中配好的原料放入真空感应炉中，对真空感应炉进行抽真空，当真空感应炉中的真空度抽到р＝4Pa时，开始加热升温，调节真空感应炉功率到20KW，持续加热10min，再将真空感应炉功率升至40KW，持续加热10min，然后再调节真空感应炉功率至60KW，保持真空感应炉功率不变至坩埚内原料上下达到均匀为止，真空感应炉中的坩埚为氧化铝坩埚，氧化铝坩埚不含碳，避免熔炼时混入碳元素，从而影响烙铁头的寿命，再降低真空感应炉功率至15KW，打开真空感应炉上的充氩气阀，缓慢向炉内充入高纯氩气，氩气的充入速度为63.8m3/h，采用涡旋气雾法覆盖熔液表面，所述坩埚直径为83.8cm，涡旋气雾法覆盖速度快，减少浇铸过程中金属液氧，待真空感应炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，再次调节真空感应炉功率至65KW，精炼2min；
S3：浇铸：完成所述S2步骤后，降低真空感应炉功率至35KW，持续0.5分钟，开始浇铸，将熔炼得到的金属液倒入模具，模具为钢模，钢模含碳量少，铸锭里不易混入碳元素，浇铸速度是先慢、再加快，最后再减慢浇铸速度直至浇铸完成，具体为：维持浇铸速度1cm3/s至金属液充满模具1/4体积后，维持浇铸速度2cm3/s至金属液充满模具3/4体积后，再减低浇铸速度为1cm3/s直至金属液充满模具，开始浇铸速度慢有利于排出模具内气体，然后加速为了加快浇铸速度，最后缓慢浇铸同样为了模具内气体排出，避免铸锭里面残留气体，然后关闭加热，冷却60分钟后，取出铸锭；
S4：热锻、车外圆：将S3得到的铸锭在电炉加热到910℃，保温2h，然后进行锻造，电炉控温精度±1℃，升温速度为20℃/分钟，控温精准有利于提高材料性能的稳定性，锻造成Φ30mm的棒材，将得到的棒材通过机床进行车外圆，去掉棒材表面氧化皮；
S5：拉拔及中间退火：将所述S4中去掉氧化皮的棒材盘成卷状，得到盘圆料，将得到的盘圆料放在盘拉机上进行拉拔，拉拔方式为冷拉拔，拉拔次数限制在5次，将得到的细棒材通过裹膜机进行裹膜，拉拔太快容易断裂，拉拔过慢影响产能，通过裹膜机对棒材裹膜，减少细棒材表面氧化，并在拉拔的过程中对盘原料进行退火处理，退火温度控制在500℃，直至拉拔到Φ7mm棒材，对棒材进行切割得到细棒材；
S6：机加工：将所述S5中得到的细棒材通过机床加工成烙铁头成品。
实施例2：
一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法：包括以下步骤：
S1：配料：准备原料电解铜板和CuFe母合金，所述CuFe母合金中Cu与Fe的质量占比为1:1，配料时，控制Fe元素在原料中的质量百分比控制在40％，电解铜板尺寸为0.2m*0.1m*0.05m，CuFe母合金尺寸为0.1m*0.1m*0.02m，金属体积的太大不利于在配料中控制Fe的含量，金属体积过小容易氧化金属；
S2：真空熔炼：将所述S1中配好的原料放入真空感应炉中，对真空感应炉进行抽真空，当真空感应炉中的真空度抽到р＝3Pa时，开始加热升温，调节真空感应炉功率到25KW，持续加热8min，再将真空感应炉功率升至45KW，持续加热8min，然后再调节真空感应炉功率至65KW，保持真空感应炉功率不变至坩埚内原料上下达到均匀为止，真空感应炉中的坩埚为氧化铝坩埚，氧化铝坩埚不含碳，避免熔炼时混入碳元素，从而影响烙铁头的寿命，再降低真空感应炉功率至10KW，打开真空感应炉上的充氩气阀，缓慢向炉内充入高纯氩气，氩气的充入速度为80m3/h，采用涡旋气雾法覆盖熔液表面，所述坩埚直径为83.8cm，涡旋气雾法覆盖速度快，减少浇铸过程中金属液氧，待真空感应炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，再次调节真空感应炉功率至70KW，精炼1.5min；
S3：浇铸：完成所述S2步骤后，降低真空感应炉功率至40KW，持续0.5分钟，开始浇铸，将熔炼得到的金属液倒入模具，模具为钢模，钢模含碳量少，铸锭里不易混入碳元素，浇铸速度是先慢、再加快，最后再减慢浇铸速度直至浇铸完成，具体为：维持浇铸速度1cm3/s至金属液充满模具1/4体积后，维持浇铸速度2cm3/s至金属液充满模具3/4体积后，再减低浇铸速度为1cm3/s直至金属液充满模具，开始浇铸速度慢有利于排出模具内气体，然后加速为了加快浇铸速度，最后缓慢浇铸同样为了模具内气体排出，避免铸锭里面残留气体，然后关闭加热，冷却60分钟后，取出铸锭；
S4：热锻、车外圆：将S3得到的铸锭在电炉加热到940℃，保温2.5h，然后进行锻造，,电炉控温精度±1℃，升温速度为25℃/分钟，控温精准有利于提高材料性能的稳定性，锻造成Φ35mm的棒材，将得到的棒材通过机床进行车外圆，去掉棒材表面氧化皮；
S5：拉拔及中间退火：将所述S4中去掉氧化皮的棒材盘成卷状，得到盘圆料，将得到的盘圆料放在盘拉机上进行拉拔，拉拔方式为冷拉拔，拉拔次数限制在6次，将得到的细棒材通过裹膜机进行裹膜，拉拔太快容易断裂，拉拔过慢影响产能，通过裹膜机对棒材裹膜，减少细棒材表面氧化，并在拉拔的过程中对盘原料进行退火处理，退火温度控制在520℃，直至拉拔到8mm棒材，对棒材进行切割得到细棒材；
S6：机加工：将所述S5中得到的细棒材通过机床加工成烙铁头成品。
实施咧3：
一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法：包括以下步骤：
S1：配料：准备原料电解铜板和CuFe母合金，所述CuFe母合金中Cu与Fe的质量占比为1:1，配料时，控制Fe元素在原料中的质量百分比在45％，电解铜板尺寸为0.2m*0.1m*0.05m，CuFe母合金尺寸为0.1m*0.1m*0.02m，金属体积的太大不利于在配料中控制Fe的含量，金属体积过小容易氧化金属；
S2：真空熔炼：将所述S1中配好的原料放入真空感应炉中，对真空感应炉进行抽真空，当真空感应炉中的真空度抽到р＝3.5Pa时，开始加热升温，调节真空感应炉功率到30KW，持续加热5min，再将真空感应炉功率升至50KW，持续加热5min，然后再调节真空感应炉功率至70KW，保持真空感应炉功率不变至坩埚内原料上下达到均匀为止，真空感应炉中的坩埚为氧化铝坩埚，氧化铝坩埚不含碳，避免熔炼时混入碳元素，从而影响烙铁头的寿命，再降低真空感应炉功率至20KW，打开真空感应炉上的充氩气阀，缓慢向炉内充入高纯氩气，氩气的充入速度为119.5m3/h，采用涡旋气雾法覆盖熔液表面，所述坩埚直径为83.8cm，涡旋气雾法覆盖速度快，减少浇铸过程中金属液氧，待真空感应炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，再次调节真空感应炉功率至75KW，精炼1min；
S3：浇铸：完成所述S2步骤后，降低真空感应炉功率至45KW，持续0.5分钟，开始浇铸，将熔炼得到的金属液倒入模具，模具为钢模，钢模含碳量少，铸锭里不易混入碳元素，浇铸速度是先慢、再加快，最后再减慢浇铸速度直至浇铸完成，具体为：维持浇铸速度1cm3/s至金属液充满模具1/4体积后，维持浇铸速度2cm3/s至金属液充满模具3/4体积后，再减低浇铸速度为1cm3/s直至金属液充满模具，开始浇铸速度慢有利于排出模具内气体，然后加速为了加快浇铸速度，最后缓慢浇铸同样为了模具内气体排出，避免铸锭里面残留气体，然后关闭加热，冷却60分钟后，取出铸锭；
S4：热锻、车外圆：将S3得到的铸锭在电炉加热到950℃，保温3h，然后进行锻造，电炉控温精度±1℃，升温速度为30℃/分钟，控温精准有利于提高材料性能的稳定性，锻造成40mm的棒材，将得到的棒材通过机床进行车外圆，去掉棒材表面氧化皮；
S5：拉拔及中间退火：将所述S4中去掉氧化皮的棒材盘成卷状，得到盘圆料，将得到的盘圆料放在盘拉机上进行拉拔，拉拔方式为冷拉拔，拉拔次数限制在6次，将得到的细棒材通过裹膜机进行裹膜，拉拔太快容易断裂，拉拔过慢影响产能，通过裹膜机对棒材裹膜，减少细棒材表面氧化，并在拉拔的过程中对盘原料进行退火处理，退火温度控制在550℃，直至拉拔到9mm棒材，对棒材进行切割得到细棒材；
S6：机加工：将所述S5中得到的细棒材通过机床加工成烙铁头成品。
以上实施例得到的产品具体参数：
| 实施例 | 含铁质量百分比 | 热传导率(W/m.K) |
| 实施例1 | 50％ | 122 |
| 实施例2 | 40％ | 133 |
| 实施例3 | 45％ | 126 |
Claims (3)
1.一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法：其特征在于，包括以下步骤：
S1：配料：准备原料电解铜板和CuFe母合金，所述CuFe母合金中Cu与Fe的质量占比为1:1，配料时，控制Fe元素在原料中的质量百分比范围在40％到50％；所述电解铜板尺寸为0.2m*0.1m*0.05m，CuFe母合金尺寸为0.1m*0.1m*0.02m；
S2：真空熔炼：将所述S1中配好的原料放入真空感应炉中，对真空感应炉进行抽真空，当真空感应炉中的真空度抽到р≤4Pa时，开始加热升温，调节真空感应炉功率到20KW-30KW，持续加热5min-10min，再将真空感应炉功率升至40KW-50KW，持续加热5min-10min，然后再调节真空感应炉功率至60KW-70KW，保持真空感应炉功率不变至坩埚内原料上下达到均匀为止，真空感应炉中的坩埚为氧化铝坩埚，再降低真空感应炉功率至0KW-20KW，打开真空感应炉上的充氩气阀，缓慢向炉内充入高纯氩气，待真空感应炉内压力升至0.08Mpa时，关闭充氩阀，再次调节真空感应炉功率至70KW±5KW，精炼1min-2min；
S3：浇铸：完成所述S2步骤后，降低真空感应炉功率至40KW±5KW，持续0.5分钟，开始浇铸，将熔炼得到的金属液倒入模具，采用的模具为钢模，浇铸速度是先慢、再加快，最后再减慢浇铸速度直至浇铸完成，然后关闭加热，冷却60分钟后，取出铸锭；
S4：热锻、车外圆：将S3得到的铸锭在电炉加热到910℃-950℃，保温2-3h，电炉控温精度±1℃，升温速度为20℃～30℃/分钟，然后进行锻造，锻造成Φ30-40mm的棒材，将得到的棒材通过机床进行车外圆，去掉棒材表面氧化皮；
S5：拉拔及中间退火：将所述S4中去掉氧化皮的棒材盘成卷状，得到盘圆料，将得到的盘圆料放在盘拉机上进行拉拔，并在拉拔的过程中对盘原料进行退火处理，退火温度控制在500-550℃，直至拉拔到Φ7mm-9mm棒材，对棒材进行切割得到细棒材；
S6：机加工：将所述S5中得到的细棒材通过机床加工成烙铁头成品。
2.如权利要求1所述的一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法，其特征在于，所述S3中的浇铸速度具体为：维持浇铸速度1cm3/s至金属液充满模具1/4体积后，维持浇铸速度2cm3/s至金属液充满模具3/4体积后，再减低浇铸速度为1cm3/s直至金属液充满模具。
3.如权利要求1所述的一种长寿命、低成本烙铁头的制备方法，其特征在于，所述S2中氩气的充入速度为63.8-119.5m3/h，采用涡旋气雾法覆盖熔液表面，所述坩埚直径为83.8cm。
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